[发明专利]一种BiVO4/MOOH的光电催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种BiVO₄/MOOH的光电催化剂及其制备方法，所述钒酸铋薄膜厚度50~500 nm，所述金属包括Fe、Co和Ni中的一种或两种，所述基底为透明导电电极FTO、ITO、AZO、ATO或多孔电极泡沫镍或金属纳米线电极Cu、Au、Ag和Al。通过磁控溅射制备钒酸铋薄膜，通过后退火工艺获得高结晶质量的薄膜，再与制备好的钒酸铋薄膜表面沉积一层析氧催化剂MOOH（M=Ni，Co，Fe），从而获得性能最佳的表面修饰的钒酸铋光阳极薄膜；原位制备MOOH助催化剂，使其与BiVO4结合更好，更加均匀，更有利于光生电子和空穴在BiVO4与MOOH界面处的分离。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种BiVO₄/MOOH的光电催化剂及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种新兴的可再生的清洁能源，已经成为人们目前解决能源短缺和环境污染等问题的首选替代能源之一，但是如何高效地利用太阳能，成为了目前研究的重点和难点。

早在1972年，Fjulshima和Honda首次报道了二氧化钛薄膜在光照条件下可以将水分解成氢气和氧气，进而实现太阳能向化学能的转化，从此，光催化技术进入人们的视野，并引起广泛关注，成为目前研究热点之一。光催化氧化技术能够有效地利用清洁、可再生的太阳能，分解水产氢制氧以及降解水和大气中的有机污染物，可以有效地降低能耗，并降低副产物和二次污染的可能。它不仅能缓解能源短缺问题，还可以有效的处理环境污染，是一种很有发展前景的高效氧化技术。

BiVO₄是一种环境友好、色泽明亮的淡黄色颜料，近年来，由于其组成元素来源广泛、化学和热稳定性好等特点，特别是其具有窄的禁带宽度和合适的价带位置，而表现出优异的光催化讲解有机污染物和光解水活性，从而引起人们的广泛关注。BiVO₄主要存在三种晶相结构，分别是单斜白钨矿型、四方白钨矿型和四方锆石型，三种晶相之间在一定温度条件下可以相互转化。其中，单斜白钨矿型BiVO₄结构是热力学上最稳定的晶相结构，在可见光降解有机污染物和光解水产氢制氧等方面表现出最好的光催化活性，从而获得广泛研究。

单斜白钨矿型BiVO₄的禁带宽度E_g等于2.4 eV，价带位置充分满足氧化水的要求，导带位置几乎与氢气还原电位一致，这意味着在完整的光电化学（PEC）水分解过程中，BiVO₄的产氢能耗小于其他可见光半导体，同时，理论计算表明BiVO₄体内的光生电子和空穴有效质量小于其他传统氧化物半导体，如TiO₂和In₂O₃，更有利于光生载流子的分离和传输。

然而，BiVO₄光催化材料由于自身存在的一些问题，导致其实际的光电转换效率仍远远低于其理论值，从而限制了其实际应用，存在以下几个问题：（1）BiVO₄材料中的电荷迁移，特别是电子迁移速率很慢，导致产生的电荷载流子在到达材料表面之间，已经有大约60%-80%发生复合；（2）相比于亚硫酸盐的氧化反应，该反应的释放氧动力学速率非常缓慢。

针对BiVO₄的催化水氧活性差，在光阳极/电解液界面处产生的空穴积累经常可以导致光催化剂光腐蚀现象的发现，因此，如何来改善BiVO₄的表面性质工作显得很有必要。为此，我们提出了一种BiVO₄/MOOH的光电催化剂及其制备方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供本发明目的在于提供一种BiVO₄/MOOH的光电催化剂及其制备方法，基于本发明制备的钒酸铋薄膜具有优异的光生载流子分离和运输能力，氧动力学速率高，在光催化、光电催化和电催化等领域有广泛的应用，相比于广泛使用的电沉积法，本方法效率更高，制备工艺简单，且不产生废弃溶液产物，所得薄膜更加致密平坦，有效地提升整体的氧化动力学速率，可以有效解决背景技术中的问题。